SPALOVÁK 2 - 4/5

24. února 2009 v 22:39 | Hawelson |  BEAMBOTI

Na předchozí stranu ZDE



6) Popisy jednotlivých částí zapojení - DPS, schémata, seznamy součástek:

Zdroj:

Obrázek schéma zapojení 6.1:
(pokud se vám obrázek nezobrazí celý, klikněte na něj pravým tlačítkem a zvolte "zobrazit obrázek",nebo ho uložte)

-Popis zapojení:

Před zdrojem je Peltierův termočlánek který generuje elektrickou energii a přepínač, který zde slouží pro přepínaní energie mezi napájením vozítka a výstupem ne externí zdroj. Na výstupu pro externí zdroj můžeme tedy přímo měřit výkon termočlánku, nebo zde zapojit přístroj který chceme napájet. Původně jsem měl v plánu udělat ještě nastavitelný zvyšující stabilizovaný měnič pro tento výstup, kde by pak třeba šlo nastavit stále napětí 5V, které by pak mohlo napájet například mobilní telefon a nemuseli bychom se bát změn napětí. Bohužel nakonec jsem zde tento nastavitelný zvyšující stabilizovaný měnič nezařadil jednoduše, protože by na vozítku bylo už přehnaně elektroniky.
Kondenzátory C101 a C102 slouží pouze k odfiltrování vstupního napětí a taky drží stále napětí při proměnlivých odběrech vozítka. Součástky T101, T102, R101, R102, P101, C103 a L101 vytváří v podstatě rezonanční obvod, kde T102 pouští pulsně napětí do L101, při každém rozepnutí T102 se vytvoří vlastní indukcí na L101 opačný napěťový impuls, jež se přičte k napájecímu napětí, projde přes diody D101 a D102 (jsou zvoleny 2, protože ze zkušenosti jsou BAT48 pro tento účel nejlepší a taky jsou zvolené v klasickém provedení, ne v SMD z toho samého důvodu, ale můžete je nahradit jednou silnější Shottkyho diodou). P101 zde slouží k přibližnému nastavení s jakým maximálním proudem může obvod pracovat (proudové omezení). V tomto zapojení nastavte P101 na polovinu, pokud by prouz z měniče nedostačovat, pak posouvejte jezdec k R102 (zmenšujte na něm odpor). C104 slouží k odfiltrování výstupního napětí, respektive napěťových impulsů z L101. D103, P102 a R104 slouží k vytvoření referenčního napětí, které při převýšení asi 0,6V na bázi T104 jej sepne, ten sepne přes R103 T103 a tím se zablokuje rezonanční obvod. Tím přestanou vznikat napěťové impulsy na L101 a napětí začne klesat. Takto funguje stabilizace napětí. Na P102 pak stačí nastavit jezdec do takové polohy, abychom na výstupu (+5V) naměřili přesně 5V, čím více nastavíte jezdec k zápornému pólu, tím větší napětí dostanete na výstupu.
ZD101 slouží k ochraně proti přepětí z měniče (buď při chybě na měniči, nebo pochybení lidského faktoru). Taky proto nastavujte napětí trimrem P102 od D103 (postupně zvyšujte napětí na 5V). Pokud byste začínali naopak může se stát, že zničíte měnič (pokud budete mít štěstí, tak odejde pouze T102). C105 pak slouží k hrubšímu odfiltrování napětí a stabilizaci při změnách odběru řídící elektroniky.
R106, T105, D104 až 106 a D107 slouží pouze k indikaci dostatečného napětí v (+5V) větvi. R106 a T105 tvoří proudový stabilizátor který se snaží stále udržet proud asi 0,5mA přes D104 až D107, ovšem napětí potřebné aby tento proud mohl přes diody procházet je přes 4,5V. Čili pokud napětí klesne pod 4,5V LED D107 zhasne, pokud je ve větvi dostatečné napětí, tak bude svítit (využití při indikaci dostatečného rozdílu teplot na termočlánku).
Následně ZD102 a ZD103 vytváří přepěťovou ochranu ve větvi přímého napětí z termočlánku (+TEG), jsou zde zapojeny dvě, protože konkrétně termočlánek TEG1-12610-5.1 může vyrobit až přes 6W, ačkoli při využití ve tomto vozítku termočlánek nedosáhne ani výkonu 5W při běžném zahřátí (museli byste ho zahřívat opravdu silným tepelným zdrojem a použít opravdu kvalitní chladič), proto by zde stačila 1 zenerova dioda, ovšem ve zdroji jsem použil všude rezervy, protože je to nejdůležitější část elektroniky. R107, T106 a D108 až D110 má princip stejný jako indikátor napětí v (+5V) větvi, ovšem zde má funkci jako indikátor přepětí. Tedy pokud napětí na větvi (+TEG) převýší hodnotu více jak 3,5-4V LED D109 a D110 se rozsvítí - znamená to, že rozdíl teplot na termočlánku je až moc vysoký a pokud ho budeme ještě více zahřívat energie z něj se bude bez užitku ztrácet v ZD102 a ZD103.
Tedy na větvi (+5V) dostanete stále stabilizované napětí 5V při vstupním napětí od 0,8V do 4,7V (vyšší napětí zachytí ZD102 a ZD103). A na větvi (+TEG) dostanete napětí termočlánku (maximálně 4,7V).
Poznámka ke zdroji: Pokud nebude termočlánek dodávat dostatečnou energii, napětí bude kolísat mezi 5V a něco pod 4,5V (způsobeno programem v mikrokontroléru, jako zjištění dostatku energie), to vyvolá blikání D107 a vozítko se zatím nebude pohybovat. Vozítko najede do vlastního pohybového programu až po dostatečném rozehřátí, tedy až přestane blikat D107.


-Seznam součástek:
REZISTORY:
(Všechny rezistory SMD velikost 1206)

R101 - 150
R102 - 10K
R103-R105 - 1K
R106 - 2M2
R107 - 56K


KONDENZÁTORY:

C101 - 100nF SMD 1206
C102 - 100uF SMD-tantalový
C103 - 47pF
C104 - 100nF
C105 - 1000uF/6,3V (co nejmenší)


TRANZISTORY:

T101,T103 - BC857
T102 - BC337
T104-T106 - BC847


DIODY:

D101,D102 - BAT48
D103,D109,D110 - LED červená 5mm (supersvítivá)
D104-D106,D108 - 1N4148
D107 - LED zelená 5mm (supersvítivá)
ZD101 - 5,6V/5W
ZD102,ZD103 - 4,7V/5W


DALŠÍ:

P101,P102 - 10K RM5mm (ležaté)
L101 - 100-330uH navinuta na malém toroidu
PREPINAC - Dvoupólový přepínač - umístěn mimo DPS
EXT. VYSTUP - Svorky pro externí výstup
TEG - Peltierův termočlánek (TEG1-12610-5.1) 40x40mm




-DPS:

Obrázek DPS (pro tisk v rozlišení 300 dpi) 6.2:



DPS zdroje je celkem hustě osázena, kvůli potřebě stejných velikostí všech DPS vozítka (30x55mm). Po okrajích je třeba vyvrtat 4x dírky 3mm pro uchycení na distanční sloupky. Desku osaďte podle obrázku DPS ze strany součástek, samozřejmě všechny SMD součástky osazujte se strany spojů a také nezapomeňte na drátovou propojku nad T103. Po dokončení stavby této DPS nezapomeňte hned nastavit napětí na (+5V) větvi, viz popis zapojení zdroje. A nejlépe je pak oba trimry zalít lepidlem, aby s nimi nebylo možno dále hýbat.

***********

Snímač polohy předních kol:

Obrázek schéma zapojení 6.3:
(pokud se vám obrázek nezobrazí celý, klikněte na něj pravým tlačítkem a zvolte "zobrazit obrázek",nebo ho uložte)

-Popis zapojení:
Poloha přeních kol se snímá pomocí trimru uvnitř serva. Servo upravte tak, že z něj vytáhněte elektroniku a necháte v něm pouze motor a trimr napojený přímo na hřídelku, jež je napojena na přední kola (natáčí je). Následně je třeba vyvést vodiče od servomotoru a trimru (celkově 5 vodičů). Do krajních vývodu trimru v servu se pak připojí napájecí napětí snížené o ztrátu na R309 a na prostředním vývodu se pak bude plynule měnit napětí podle polohy kol. R309 je zde protože komparátory pracují s napětími až o 1,4V nižšími než je jejich napájecí napětí (při vyšších napětích dávají na výstupech chybné informace). Napětí z prostředního vývodu trimru ze serva se bude porovnávat s natvrdo nastavenými 4 napětími na P301 až P304 pomocí IO301 skládajícího se ze 4 samostatných komparátorů, na těchto potenciometrech nastavíte v jaké poloze se mají měnit výstupní hodnoty komparátoru. Tedy jednoduše řečeno zde nastavíte místa, kde mají být kola natočeny vlevo, uprostřed a vpravo - jejich polohy, pro informování mikrokontroléru. Při oživování zde pak můžete přesně a plynule nastavit, jak mají být přesně v jaké poloze kola natočena.
R305 až R308 ve schématu slouží k omezení proudu pod 0,5mA do LED diod D301 až D304, které se rozsvěcují podle polohy předních kol. Pokud jsou kola uprostřed, nesvítí žádná LED, při natočení kol ke kraji se vždy rozsvítí jedna střední LED a pak krajní. Do LED diod je proud omezeny až pod 0,5mA kvůli co nejmenší spotřebě celé elektroniky. Toto zapojení s komparátory by tedy mělo odebírat proud do 2mA.
R301 až R304 jsou zde pak kvůli vnitřnímu zapojení komparátoru, který spíná pouze se záporným pólem, tedy tyto rezistory vytvoří kladné hodnoty na vstupu PIC mikrokontroléru při rozepnutých komparátorech (log 1). C301 v zapojení slouží pouze k odfiltrování rušení a tím lepší práci komparátorů.

-Seznam součástek:
REZISTORY:
(Všechny rezistory SMD velikost 1206)

R301-R304 - 100K
R305-R308 - 10K
R309 - 2K2


KONDENZÁTORY:

C301 - 100nF SMD 1206


DIODY:

D301-D304 - LED červená 5mm (supersvítivá)


DALŠÍ:

P301-P304 - 25K RM5mm (ležaté)
IO301 - LM339
POTENCIOMETR - potenciometr zabudovaný v servu
PATICE - pro IO301 14 pin




-DPS:

Obrázek DPS (pro tisk v rozlišení 300 dpi) 6.4:



Po okrajích je třeba vyvrtat 4x dírky 3mm pro uchycení na distanční sloupky. Desku osaďte podle obrázku DPS ze strany součástek, samozřejmě všechny SMD součástky osazujte se strany spojů. DPS neobsahuje žádné drátové propojky, má 2 vstupy pro (+5V) a (0V), kde druhé vstupy slouží jako výstupy pro napájení další DPS (čidel, nebo mikrokontroléru). Nejlépe je použít patici pro IO301 ovšem není nutná.

***********

Čidla překážek:

Obrázek schéma zapojení 6.5:
(pokud se vám obrázek nezobrazí celý, klikněte na něj pravým tlačítkem a zvolte "zobrazit obrázek",nebo ho uložte)


-Popis zapojení:

Čidla překážek pracují na principu odrážení modulovaného infračerveného paprsku od překážek. Generátor modulovaného signálu pro IR LED D222 a D223, jež vyzařují IR paprsek před vozítko, je umístěn přímo v PIC mikrokontroléru. Tedy jednoduchým přepsáním části programu si můžete na IR LED nastavit libovolnou frekvenci a poměr LOG 1/OG 0. Původně jsem psal program pro frekvenci asi 430Hz a poměr LOG1/LOG0 - 1/4, ovšem IR přijímače s tvarovačem které jsem získal byly natolik citlivé, že jsem nakonec zvolil poměr 1/9 a frekvenci několik kHz. Při volení frekvenci hlavně nezvolte frekvenci pod 100Hz, protože zaprvé by to nedostačovalo pro elektroniku kterou jsem navrhl a zadruhé pokud byste si elektroniku upravili, bude pak při snímaní dělat neplechu světlo se zářivek, které blikají podle frekvence sítě 50Hz, čili 100x za sekundu se na přijímači objeví překlopení hodnoty (při průchodu síťového napětí nulou. Ideální je použít můj originální program a měl by s většinou IR přijímačů s tvarovačem fungovat bezchybně.
D221 slouží v obvodu k dvěma účelům. První účel je informování o vysílaní IR paprsků (podle mého programu jen při jízdě dopředu, kvůli šetření energie). Druhý účel je ten, že vozítko potřebuje zjistit, jestli už termočlánek generuje dostatek energie při rozjíždění, to jsem zařídil tak, že jsem jednoduše mikrokontrolér zapne při startu asi po dobu 2s IR LED (tedy rozsvítí se právě i D221), které mají z celého řídicího obvodu největší odběr (20mA při 5V, čili před násobičem při rozehřívaní bude odběr z termočlánku více jak 100mA), pokud při této zátěži napětí neklesne pod 4,5V za násobičem, mikrokotrolér najede na začátek vlastního řídicího programu a vozítko se rozjede. Proto je možné, že pokud budete termočlánek zahřívat pomalu tak D221 bude blikat, to znamená, že obvod nemá dostatek energie a musíte termočlánek ještě více zahřát. R221 slouží k omezení proudu do D221 na hodnotu kolem 0,5mA (opět kvůli co nejmenšímu odběru tohoto zapojení).
Signál z IR přijímačů s tvarovačem je zesílen jednoduchým zesilovačem vytvořeným z R201, T201 a R202. Dále C201,D201,D202 a C202 slouží v podstatě jako horní propusť, kde čím více impulsů projde C201, tím vícekrát se nabije energií uloženou v C201 při 5V C202. Jednoduše řečeno čím vyšší frekvenci zachytí IR přijímače, tím více energie se přenese do C202. P202 má v tomto obvodu taky 2 účely, první je vybíjet C202 kvůli snímaní napětí PIC mikrokontrolérem. Tedy čím menší odpor nastavíte na P201, tím menší budou mít čidla citlivost. Druhý účel je pak k indikaci překážky rozsvícením D203, kde se může zdát že jeji svit ovlivníte nastavením P201, to ovšem není pravda, protože T202 má zesílení více jak 200, takže pokud i nastavíte P201 na maximální odpor, bude přes něj procházet proud do báze který se bude snažit díky zesílení tranzistoru T202 protlačit přes D203 a R203 mnohem větší proud než mu to dovolí R203, tedy svítivost nebude ovlivněna trimrem P201 (proud LED je omezen opět pod 0,5mA kvůli šetření energie). Informace o napětí pro mikrokontrolér bereme už z horní propusti - výstupy PC (pravé čidlo) a LC (levé čidlo). Hodnoty jsem zvolil tak, aby obvod reagoval na frekvence vyšší než 50Hz aby nedocházelo k již zmíněnému rušení zářivkami. Celá část zpracování signálu je v zapojení 2x, s indexy součástek o 10 vyšší (R201 - R211, T201 - T211 …)
C231 v obvodu slouží pouze jako odfiltrování vf rušení a tím lepší práci obvodu a C221 zde slouží k stabilizování a filtrování napětí přímo vystupujícího z termočlánku (+TEG), tento kondenzátor by měl být umístěný nejlépe na DPS zdroje, ovšem na zdroji už jednoduše nezbylo místo, proto je umístěn na této DPS.

-Seznam součástek:
REZISTORY:
(Všechny rezistory SMD velikost 1206)

R201,R211 - 100K
R202,R212 - 22K
R203,R213 - 10K
R221 - 4K7


KONDENZÁTORY:

C201,C211 - 10nF
C202,C212,C231 - 100nF
C221 - 470uF/6,3V


TRANZISTORY:

T201,T211 - BC557
T202,T212 - BC547


DIODY:

D201,D211,D202,D212 - 1N4148
D203,D213 - LED modrá 5mm (supersvítivá)
D221 - LED červená 5mm (supersvítivá)
D222,D223 - LED IR 5mm vysílací (infračervená)

DALŠÍ:

P201,P211 - 220K RM5mm (ležaté)
SNIMAC IR1,SNIMAC IR2 - Snímač IR z TV přijímací s logickým výtupem (5V)





-DPS:

Obrázek DPS (pro tisk v rozlišení 300 dpi) 6.6:



Po okrajích je třeba vyvrtat 4x dírky 3mm pro uchycení na distanční sloupky. Desku osaďte podle obrázku DPS ze strany součástek, samozřejmě všechny SMD součástky osazujte se strany spojů. DPS neobsahuje žádné drátové propojky. IR snímače a IR LED jsou umístěny mimo DPS přímo na přední části vozítka - viz konstrukce.

***********


PIC mikrokontrolér:

Obrázek schéma zapojení 6.7:
(pokud se vám obrázek nezobrazí celý, klikněte na něj pravým tlačítkem a zvolte "zobrazit obrázek",nebo ho uložte)


-Popis zapojení:

Mikrokontrolér PIC16F628 je mozkem celého vozítka. Je do něj třeba nahrát program přes příslušný programátor. Program pak bude řídit veškerý pohyb a funkce vozítka, tím se stává vozítko inteligentní.
C401 slouží v zapojení pouze jako filtr napětí na větvi (+5V), který je u mikrokontrolér dosti důležitý. R402 a T401 slouží jako zesilovač vysílacího signálu pro IR LED, proud do nich je omezený přibližně na 20mA rezistorem R402, pokud budou čidla více citlivá, můžete použít místo R402 100k nebo 220k rezistor, tím omezíte více proud do IR LED.
R401 a TL401 slouží k restartu mikrokontroléru v případě, že by se kousl, nebo nastal jiný problém s během programu, během mých jízd s vozítkem nenastala žádná kolize programu, restartovací tlačítko jsem tam umístil pro všechny případy.
V zapojení u mikrokontroléru jsou ještě umístěny tranzistorové H-můstky, které zesilují signál pro ovládaní pohonného motoru a serva. U pohonného motoru jsou tranzistory zdvojené, ovšem při reálných pokusech by bohatě stačily jedny tranzistory, jsou tam dány pro jistotu. Větev pro mikrokontrolér je napájena z (+5V) a větev pro ovládaní motoru a serva je napájená napětím (+TEG). Při pokusných zapojeních jsem vytvořil ještě jeden stabilizovaný zdroj pro napájení motoru a serva, ale pouze snižoval účinnost celého vozítka, mnohem lepší je využívat energii přímo z termočlánku, bez další zbytečné elektroniky.


-Seznam součástek:

REZISTORY:
(Všechny rezistory SMD velikost 1206)

R401 - 10K
R402 - 47K
R403-R406 - 390
R407-R410 - 1K8


KONDENZÁTORY:

C401 - 100nF SMD 1206


TRANZISTORY:

T401 - BC847
T402-T407 - BC327
T408-T413 - BC337


DALŠÍ:


IO401 - PIC16F628 (naprogramovaný)
TL401 - malé tlačítko RM 8mm 2-vývodové
SERVO - malé servo pro natáčení předních kol
MOTOR - motor pro pohon celého vozítka
PATICE - pro IO401 18 pin



-DPS:

Obrázek DPS (pro tisk v rozlišení 300 dpi) 6.8:



Po okrajích je třeba vyvrtat 4x dírky 3mm pro uchycení na distanční sloupky. Nezapomeňte nejdříve osadit 3 drátové propojky. Desku osaďte podle obrázku DPS ze strany součástek, samozřejmě všechny SMD součástky osazujte se strany spojů.



7) Rozmístění a propojení DPS:

DPS můžete na vozítku rozmístit víceméně různě. Já jsem zvolil (z pohledu zezadu) vpravo dole Zdroj, nad ním snímač polohy předních kol, vlevo dole DPS s PIC mikrokontrolérem a nad ní DPS s čidly překážek.

Foto rozmístěných DPS na vozítku 7.1:


Všechny DPS je třeba propojit vodičemi podle nákresů DPS ze strany součástek, kde jsou popsány a barevně označeny vstupy a výstupy (KPC, PSC, PC, LC...). Některé vstupy jsou na více DPS, např. napájecí vstupy (+5V,+TEG), u těchto vstupů je třeba je vodičemi propojit všechny (rozdělením vodičů ze zdroje). Všechna ostatní propojení jsou naznačeny na nákresech DPS ze stran součástek (výše).

Pokračování článku ZDE

 

6 lidí ohodnotilo tento článek.